Kompakte und ultrastabile Uhr auf der Grundlage rotierender THz-Gasspektroskopie mit einem SiGe-BiCMOS-Netzwerkanalysator-Frontend und mikromechanischem Wellenleiter (TeraClock)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Kissinger; Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541807480

Im Rahmen des geplanten Projektes TeraClock soll eine hoch kompakte Molekular-Uhr mit einem Systemvolumen im mm³-Bereich realisiert werden. Molekular-Uhren sind klassische Vertreter von passiven Frequenzstandards, bei welchen ein Referenzoszillator mittels einer Phasenregelschleife auf eine Resonanz mit hoher Güte gelockt wird. Diese Resonanz hat ihrer Ursache in der gequantelten Größe des Drehimpulses von Molekülen, welche mit Techniken der Spektroskopie ausgelesen und verarbeitet werden. Die Moleküle liegen hierbei in Form eines Gases mit niedrigem Druck vor. Die realisierbare Frequenzgenauigkeit ist vergleichbar mit chip-level Atomuhren (CSAC), wobei eine Molekular-Uhr rein elektronischer Natur ist und somit aufwendigen elektro-optische Ko-Integrationen vermieden werden. Demnach ist zu erwarten, dass entsprechende Produkte preislich Größenordnungen unter vergleichbaren CSACs bei ähnlicher Genauigkeit liegen. Darüber hinaus kommen derartigen System ohne Heizelement aus, was weitere Vorteile im Hinblick auf Stromverbrauch und Einschwingzeit in sich birgt. Zur Realisierung eines derartigen Systems werden im Wesentlichen zwei Systemkomponenten benötigt. Zum einen aktive Elektronik zur Erzeugung von elektromagnetischer Leistung mit entsprechender Frequenz zur Anregung der Moleküle, sowie Schaltungen zum Auslesen der Antwort. Zum anderen wird eine hermetisch geschlossene Gaszelle benötigt, welche das Auslesegas beherbergt und darüber hinaus die entsprechende elektromagnetische Welle mit niedrigen Verlusten übertragt. Zum ersten Mal sollen beide Komponenten in einem hoch kompakten System implementiert werden, welches mit einer Vielzahl von innovativen Ansätzen bewerkstelligt wird. Das angestrebte System hat Abmessungen von 5x5x3 mm³, was einer Volumenreduzierung von 4000 zu derzeitigen Implementierungen entspricht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen